Plásticos de alto módulo para equipos fuera de carretera

Las condiciones de operación de los vehículos todoterreno presentan desafíos para los componentes duraderos y los materiales con los que están hechos. Estos vehículos y equipos auxiliares deben ser capaces de soportar 130 °F de verano en el interior de Australia y -60 ºF de tormentas de nieve en Siberia. También se pueden encontrar en minas expuestas al ácido sulfúrico, que puede dañar gravemente los componentes a base de polímeros, como los anillos guía. Mantener este equipo fuera de carretera en condiciones extremas es un desafío. Por lo tanto, las piezas de bajo mantenimiento y larga duración son imprescindibles;Pueden variar entre cumplir plazos o pagar multas vencidas.

Un grupo de materiales que pueden soportar tales condiciones son los termoplásticos de alto módulo. El módulo de elasticidad (tensión/manchas) es una propiedad mecánica que mide la elasticidad de un material;Cuanto mayor sea el módulo del material, mayor será la tensión o la fuerza requerida para deformarse o comprimirse.

Polímeros base y rellenos

Aunque los plásticos de alto módulo se dividen en tres grupos principales: termoplásticos amorfos, materiales imidizados y termoplásticos semicristalinos, solo el tercer grupo tiene propiedades adecuadas para el procesamiento en anillos guía, cojinetes, anillos de soporte y componentes estructurales. Material asequible.

Entre los termoplásticos semicristalinos, varios polímeros base se usan comúnmente en componentes extruidos para sistemas hidráulicos fuera de carretera:

  • Poliamida (PA o Nylon)
  • Poliftalamida (PPA)
  • Polieteretercetona (PEEK)
  • Polioximetileno (POM o Acetal)
  • Polietileno de ultra alto peso molecular (UHMW-PE)

Estos polímeros varían en resistencia al calor, resistencia a la tracción, módulo de flexión (rigidez a la flexión), impacto Izod (dureza/resistencia al impacto) y resistencia química. Por ejemplo, el material PEEK es muy fuerte y resistente a altas temperaturas, pero el UHMW-PE es duro y resistente al desgaste.

Se utilizan varios rellenos diferentes para agregar resistencia o alterar el efecto tribológico de estos termoplásticos. Por ejemplo, agregar polvo de politetrafluoroetileno (PTFE) a los gránulos moldeados por inyección puede reducir la fricción y mejorar las propiedades de desgaste de los materiales PEEK. Y agregar disulfuro de molibdeno (molibdeno) al nailon da como resultado una superficie más dura y resistente al desgaste.

Se pueden agregar fibras de vidrio o carbono a los termoplásticos para aumentar la resistencia. Un ejemplo común es la adición de vidrio al PA para aumentar la resistencia y reducir la cantidad de agua absorbida por el producto final. Asimismo, agregar fibra de carbono a PEEK mejora la resistencia al desgaste y prolonga la vida útil de componentes como los anillos guía en aplicaciones de alta temperatura.

En términos generales, cuanto mayor sea la resistencia a la temperatura y la fuerza de uno de los termoplásticos, mayor será el costo. Por ejemplo, los materiales PEEK son muy fuertes (tensión de trabajo de hasta 11 000 PSI) y pueden soportar temperaturas de hasta +450 ºF. Sin embargo, este rendimiento tiene un precio. Para algunas aplicaciones, el costo adicional vale la pena;Para otros, podría tener más sentido cambiar a POM (acetal), UHMW o PA con rellenos como el vidrio.

Los componentes tales como anillos guía, cojinetes/casquillos, anillos de soporte y componentes estructurales pueden fabricarse con termoplásticos de alto módulo y son más livianos que los componentes metálicos. Individualmente, la diferencia de peso de cada componente es insignificante, pero el uso de termoplásticos en lugar de componentes de acero utilizados en múltiples ubicaciones en un equipo puede reducir significativamente el peso total. Por ejemplo, las plantillas que se usan en cuatro a seis ubicaciones en montacargas tradicionalmente están hechas de acero fundido. Se pueden reemplazar con almohadillas de nailon rellenas de fibra de vidrio y seguirán soportando los mismos impactos y cargas que las piezas de acero, pero con 1/6 delelpeso.

Además, los anillos de plástico de alto módulo se pueden modificar para contener un lubricante interno, lo que los hace utilizables en sistemas más ecológicos que no requieren grasas a base de petróleo.

Otros componentes que pueden beneficiarse de estar fabricados con termoplásticos de alto módulo incluyen:

anillo guía Los plásticos fabricados con estos plásticos se pueden diseñar para absorber las fuerzas de carga lateral de los pistones y las varillas de los cilindros hidráulicos y, al mismo tiempo, eliminar el contacto de metal con metal. También ofrecen coeficiente de fricción, larga vida útil, buena resistencia química y alta capacidad de carga, y tasas de desgaste más bajas que los metales. Los anillos guía se pueden comprar para cortes en ángulo para movimiento recto, cortes rectos para movimiento giratorio o cortes escalonados para aplicaciones especiales. .

Cojinetes y Bujes Los plásticos, como los anillos guía, evitan el contacto metal con metal y reducen la fricción, lo que prolonga la vida útil de los sistemas no hidráulicos.

anillo de soporte Instalado en ranuras para proteger y apoyar los sellos elastoméricos para que no sean empujados hacia el espacio del sello. Se utilizan comúnmente en cilindros hidráulicos de excavadoras y maquinaria agrícola.

Estructura Los plásticos que se usan en los vehículos todoterreno, como las almohadillas de desgaste y las arandelas de empuje, son más livianos y, por lo general, menos costosos que los que están hechos de metal.

Para las piezas fuera de carretera que necesitan combinar las propiedades de los termoplásticos de alto módulo y otros polímeros, la coinyección puede ser la respuesta. Combina dos polímeros en una sola operación para crear componentes multifuncionales. Un ejemplo es un material elastomérico utilizado como sello y rascador combinado con un material termoplástico más fuerte que puede usarse como buje o anillo guía. Esta parte sería un extremo de varilla moldeado ideal para usar en cilindros hidráulicos de cucharones de excavadoras en vehículos todoterreno.

Aunque existen técnicas para este tipo de operaciones de coinyección, puede ser un desafío para los diseñadores entender cómo usarlas de manera más efectiva. Para adquirir experiencia, las empresas deben trabajar con proveedores que tengan experiencia en coinyección.

Tom Zozokos es director de línea de productos y Beth Figliulo es gerente de división de energía fluida/América Soluciones de sellado de Trelleborg .

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